공학뿐만 아니라 임상의학에서도 활발하게 활용 중인 3D프린팅은 작업 시 유해물질이 다량 발생해 환기가 권고되고 있다. 하지만 작업 소재와 제작방법에 따라 유해물질 발생량이 어떻게 다른지, 환기를 하면 유해물질이 얼마나 감소하는지 구체적으로 알지 못해 사용자들의 우려가 있었다. 환기를 했을 때 약 5분 내 유해물질 농도가 충분히 낮아짐을 확인한 연구결과가 나왔다. 

김남국 서울아산병원 융합의학과 교수팀(공동 1저자 김태훈·홍다영 연구원)은 작업 방식과 재료에 따라 차이는 있었지만 환기 시스템을 가동하면 수 분 내에 유해물질 농도가 충분히 낮아지는 것으로 나타나 작업장 환기 시스템을 통해 사용자가 안전하게 작업할 수 있음을 증명했다고 3일 밝혔다.

3D프린팅은 다양한 소재의 재료를 켜켜이 쌓아올리는 제조 방식을 이용해 원하는 객체를 쉽게 제작할 수 있어 여러 산업 분야에서 이용되고 있다. 특히 기존 의료기술로는 제작이 어려웠던 환자맞춤형 의료기구 및 재료를 쉽게 만들 수 있어 각종 임상 진료에 활용되고 있다.

하지만 3D프린팅 과정에서 다양한 유해물질이 발생한다. 대표적 3D프린팅 방법인 ‘압출방식’은 플라스틱 소재를 열로 녹이는 과정에서 벤젠, 톨루엔, 포름알데히드 등 유해물질이 발생할 수 있다. 

요즘 사용이 늘어나는 ‘광중합방식’은 액체 상태인 화학물질에 자외선을 쐬어 성질을 변화시켜 굳히는 방식으로, 후처리 과정에서 유해물질이 포함된 미세먼지와 초미세먼지가 발생한다.

그 동안 3D프린팅 작업 시 발생하는 유해물질 위험성에 대한 여러 연구가 발표됐지만 압출방식의 3D프린팅 작업에서 발생하는 휘발성 유기화합 유해물질 평가가 대부분이었고, 광중합방식 제작방법 유해성 연구는 거의 없었다.

김남국 교수팀은 서울아산병원 의료영상지능실현연구실 내 3D프린팅 작업실(가로5m☓세로3m☓높이2.5m)에서 3D프린터 가동 시 발생하는 대표적 유해물질인 포름알데히드와 미세먼지 PM10 및 초미세먼지 PM2.5의 농도를 측정했다.

연구팀은 3D프린팅에 많이 쓰이는 PLA, ABS, TPU, Clear, Dental LT, Flexible 80A 등 6가지 재료를 사용했으며 대표적인 3D프린팅 방식인 압출방식 및 광중합방식의 2가지 3D프린터의 유해물질 발생량을 분석하고 환기 여부에 따른 공기 질을 일반 연구실의 공기 질과 비교했다.

그 결과, 환기시설이 작동하지 않는 경우에는 사용 재료에 따라 조금씩 시간의 차이가 있으나 3D프린팅 제작 시작 후 30분 이내에 대표적인 발암물질인 포름알데히드의 농도가 국제 기준을 모두 초과하는 것으로 나타났다. 하지만 환기시키면  약 5분 내에 포름알데히드의 농도가 유의하게 감소해 세계보건기구의 국제기준 이하임을 확인했다. 

3D프린팅 작업 시 발생하는 미세먼지와 초미세먼지 역시 재료에 따른 차이는 있었지만 환기를 시행하면 일반 연구실과 비슷하거나 오히려 더 좋은 수준의 공기 질을 유지할 수 있는 것으로 나타났다.

김남국 교수는 “이번 연구는 3D프린팅의 재료와 제작방식에 따른 유해물질 위험을 과소평가하거나 과대평가하지 않고 3D프린팅 작업장 환기 시스템이 유해물질로부터 사용자를 충분히 보호할 수 있음을 밝혔다는 것에 의의가 있다”며 ”이번 연구가 안전하게 3D프린팅을 활용할 수 있는 과학적 근거가 되길 바란다”고 말했다. 

이번 연구결과는 SCI급 국제 학술지 ‘사이언티픽 리포트’(Scientific Reports, I.F=4.997)에 최근 개제됐다.